用于boost芯片的新型限流電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于BOOST芯片的新型限流電路，包括：采樣電流端連接電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸入端，電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端分別連接比較器正極和增益調(diào)整電路輸入端，增益調(diào)整電路偏置電流輸出端連接比較器電流輸入端，門限電壓輸出端分別連接比較器負極輸入端和增益調(diào)整電路輸入端。電流電壓轉(zhuǎn)換電路其功能在該電流達到規(guī)定值時，快速輸出關斷功率管的信號。采用限制比較器輸入電壓的范圍，解決比較器因工作在大信號模式引起傳輸延時過大的問題。通過增加比較器的偏置電流，消除功率MOS管關斷過程中出現(xiàn)的正反饋。增益調(diào)整電路，電路反應速度快、工作穩(wěn)定、限流精度符合要求。
【專利說明】
用于BOOST芯片的新型限流電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及電子電路領域，尤其涉及一種用于BOOST芯片的新型限流電路。
【背景技術】
[0002] 目前，集成電路制造工藝的發(fā)展越來越快，便攜式電子設備的應用越來越廣泛，這 些為電源尤其是開關電源的發(fā)展提供了機遇與挑戰(zhàn)。怎樣降低基準電壓的溫度系數(shù)，怎樣 減小基準電壓的噪聲，怎樣提高限流電路的采樣精度也越來越受到關注，因為這些性能對 開關電源的性能有著極大的影響。
[0003] 在BOOST芯片中限流電路可以檢測功率MOS管的電流，防止功率MOS管因電流過高 損壞，還可以防止電感飽和。
[0004] 傳統(tǒng)的限流電路如圖1所示，在振蕩器的一個周期內(nèi)，采樣電流Isamp通過RS轉(zhuǎn)化為 電壓VA，當VA超過比較器的門限電壓VTH(LX中的電流達到限流值）時，比較器輸出翻轉(zhuǎn)信 號，該信號通過PWM電路關斷功率MOS管和比較器，實現(xiàn)限流功能。在振蕩器的下一個周期， 功率MOS管和比較器再次被打開，限流電路重新起作用。這種電路存在兩個問題:一是A點電 壓變化速度慢，造成比較器延時較大;二是在振蕩器的一個周期內(nèi)功率MOS管被關斷后，采 樣電流的減少，VA降低，VA反饋到比較器輸入端，導致比較器再次翻轉(zhuǎn)，又使功率MOS管導 通，引起正反饋。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，特別創(chuàng)新地提出了一種用 于BOOST芯片的新型限流電路。
[0006] 為了實現(xiàn)本實用新型的上述目的，本實用新型提供了一種用于BOOST芯片的新型 限流電路，包括:采樣電流端連接電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸入端，電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端分別 連接比較器正極和增益調(diào)整電路輸入端，增益調(diào)整電路偏置電流輸出端連接比較器電流輸 入端，門限電壓輸出端分別連接比較器負極輸入端和增益調(diào)整電路輸入端。
[0007] 上述技術方案的有益效果為:本實用新型的電流電壓轉(zhuǎn)換電路其功能在該電流達 到規(guī)定值時，快速輸出關斷功率管的信號。采用限制比較器輸入電壓的范圍，解決比較器因 工作在大信號模式引起傳輸延時過大的問題。通過增加比較器的偏置電流，消除功率MOS管 關斷過程中出現(xiàn)的正反饋。增益調(diào)整電路，電路反應速度快、工作穩(wěn)定、限流精度符合要求。
[0008] 所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，優(yōu)選的，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括：
[0009] 第一偏置電流輸入端分別連接第一 NPN三極管集電極和基極，第一 NPN三極管發(fā)射 極分別連接采樣電流輸入端和采樣電阻一端，采樣電阻另一端接地，第二偏置電流輸入端 分別連接飽和電阻一端和比較器正極，飽和電阻另一端連接第二NPN三極管集電極，第二 NPN三極管基極連接第一三極管基極，第二NPN三極管發(fā)射極接地。
[0010] 上述技術方案的有益效果為:運用轉(zhuǎn)換電路把采樣后的電流轉(zhuǎn)化一個快速變化的 電壓信號輸出給比較器。
[0011] 所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，優(yōu)選的，所述增益調(diào)整電路包括：
[0012] 比較器正極分別連接第二PNP三極管發(fā)射極和第五NPN三極管集電極，第五NPN三 極管發(fā)射極連接第四電阻一端，第四電阻另一端分別連接第四偏置電流輸出端和接地，第 二PNP三極管集電極分別連接第五NPN三極管基極和第四偏置電流輸出端，第二PNP三極管 基極分別連接第二電阻一端和第一 PNP三極管集電極，第二電阻另一端分別連接第五偏置 電流輸出端和第一 PNP三極管基極，第一 PNP三極管發(fā)射極分別連接門限電壓端和第三NPN 三極管發(fā)射極，第三NPN三極管集電極分別連接第一電阻一端和第四NPN三極管基極，第一 電阻另一端分別連接第三偏置電流輸入端和第三NPN三極管基極，第四NPN三極管發(fā)射極連 接比較器正極，第四NPN三極管集電極連接第三電阻一端，第三電阻另一端連接第三偏置電 流輸入端。
[0013] 上述技術方案的有益效果為:運用增益調(diào)整電路對比較器輸入電壓的范圍進行了 限制，并且在達到限流值前后，通過調(diào)節(jié)比較器的偏置電流改變了比較器的靈敏度，從而有 效的避免了正反饋的發(fā)生。
[0014] 所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，優(yōu)選的，所述第二PNP三極管和第五NPN三 極管采用達林頓結構。
[0015] 綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：
[0016] 本實用新型的電流電壓轉(zhuǎn)換電路其功能在該電流達到規(guī)定值時，快速輸出關斷功 率管的信號。采用限制比較器輸入電壓的范圍，解決比較器因工作在大信號模式引起傳輸 延時過大的問題。通過增加比較器的偏置電流，消除功率MOS管關斷過程中出現(xiàn)的正反饋。 增益調(diào)整電路，電路反應速度快、工作穩(wěn)定、限流精度符合要求。
[0017] 運用轉(zhuǎn)換電路把采樣后的電流轉(zhuǎn)化一個快速變化的電壓信號輸出給比較器。
[0018] 運用增益調(diào)整電路對比較器輸入電壓的范圍進行了限制，并且在達到限流值前 后，通過調(diào)節(jié)比較器的偏置電流改變了比較器的靈敏度，從而有效的避免了正反饋的發(fā)生。
[0019] 本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述 中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【附圖說明】
[0020] 本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將 變得明顯和容易理解，其中：
[0021] 圖1是現(xiàn)有技術示意圖；
[0022] 圖2是本實用新型總體示意圖；
[0023] 圖3是本實用新型電流電壓轉(zhuǎn)換電路示意圖；
[0024] 圖4是本實用新型增益調(diào)整電路示意圖；
[0025]圖5是本實用新型仿真波形圖；
[0026]圖6是本實用新型仿真波形圖。
【具體實施方式】
[0027]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的 限制。
[0028] 在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底""內(nèi)'"外"等指示的方位或位置關系為基于附 圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示 所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本 實用新型的限制。
[0029] 在本實用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連 通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可 以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。
[0030] 本實用新型提出的新型的限流電路如圖2所示。本實用新型提供了一種用于BOOST 芯片的新型限流電路，包括:采樣電流端連接電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸入端，電流電壓轉(zhuǎn)換電路 輸出端分別連接比較器正極和增益調(diào)整電路輸入端，增益調(diào)整電路偏置電流輸出端連接比 較器電流輸入端，門限電壓輸出端分別連接比較器負極輸入端和增益調(diào)整電路輸入端。
[0031] 所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，優(yōu)選的，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括： [0032]第一偏置電流輸入端分別連接第一 NPN三極管集電極和基極，第一 NPN三極管發(fā)射 極分別連接采樣電流輸入端和采樣電阻一端，采樣電阻另一端接地，第二偏置電流輸入端 分別連接飽和電阻一端和比較器正極，飽和電阻另一端連接第二NPN三極管集電極，第二 NPN三極管基極連接第一三極管基極，第二NPN三極管發(fā)射極接地。
[0033]上述技術方案的有益效果為:運用轉(zhuǎn)換電路把采樣后的電流轉(zhuǎn)化一個快速變化的 電壓信號輸出給比較器。
[0034]所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，優(yōu)選的，所述增益調(diào)整電路包括：
[0035]比較器正極分別連接第二PNP三極管發(fā)射極和第五NPN三極管集電極，第五NPN三 極管發(fā)射極連接第四電阻一端，第四電阻另一端分別連接第四偏置電流輸出端和接地，第 二PNP三極管集電極分別連接第五NPN三極管基極和第四偏置電流輸出端，第二PNP三極管 基極分別連接第二電阻一端和第一 PNP三極管集電極，第二電阻另一端分別連接第五偏置 電流輸出端和第一 PNP三極管基極，第一 PNP三極管發(fā)射極分別連接門限電壓端和第三NPN 三極管發(fā)射極，第三NPN三極管集電極分別連接第一電阻一端和第四NPN三極管基極，第一 電阻另一端分別連接第三偏置電流輸入端和第三NPN三極管基極，第四NPN三極管發(fā)射極連 接比較器正極，第四NPN三極管集電極連接第三電阻一端，第三電阻另一端連接第三偏置電 流輸入端。
[0036]上述技術方案的有益效果為:運用增益調(diào)整電路對比較器輸入電壓的范圍進行了 限制，并且在達到限流值前后，通過調(diào)節(jié)比較器的偏置電流改變了比較器的靈敏度，從而有 效的避免了正反饋的發(fā)生。
[0037] 所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，優(yōu)選的，所述第二PNP三極管和第五NPN三 極管采用達林頓結構。
[0038]為了使比較器輸入電壓信號的變化速度更快，在傳統(tǒng)限流電路的基礎上增加了 I-V(電流電壓)轉(zhuǎn)換電路。I-V轉(zhuǎn)換電路把采樣電流在RS上生成的變化速度小的電壓信號轉(zhuǎn)換 成變化速度很快的電壓信號，輸出給比較器。
[0039] 為了避免限流以后，由于VA的降低，比較器波動，增加了增益調(diào)整電路。增益調(diào)整 電路可以在功率MOS管的電流達到限流值以后，通過增加比較器的偏置電流，減小比較器的 增益，降低靈敏度，增加比較器抗干擾能力，避免正反饋發(fā)生。另外，由于I-V轉(zhuǎn)換電路生成 的B點電壓范圍過大，比較器工作在大信號模式，出現(xiàn)擺率限制，而限流電路中比較器供出 或吸入電流的能力有限，會造成比較器延時過大。因此增益調(diào)整電路同時對B點的電壓范圍 進行限制，使比較器工作在小信號模式，減小延時。
[0040] UI-V轉(zhuǎn)換電路(電流電壓轉(zhuǎn)換電路）
[0041 ]轉(zhuǎn)換電路如圖3所不，其中Isamp是由米樣電路所得到的電流、Il和12是偏置電流、Rs 是一個精密的金屬電阻相當于圖1中的Rs，QNl和QN2是NPN型三極管，QN2采用共射接法，作 為開關管使用。采樣電流通過電阻Rs轉(zhuǎn)化為電壓。在BOOST芯片中隨著采樣電流Isamp的增加， A點電位升高，QNl與QN2的基極電位升高。隨著基極電位的升高，QN2由截至狀態(tài)迅速經(jīng)過放 大狀態(tài)進入到飽和狀態(tài)，B點電位迅速降低；當采樣電流Isamp降低時，變化過程相反。通過調(diào) 節(jié)采樣電流Isamp或電阻Rs，當達到限流值時，QN2基極電位隨著A點電位增加，B點的電位迅速 降低。電阻RO的作用是加速Q(mào)N2進入飽和區(qū)，提高B點電壓下降的速度。為了確保QN2在開始 時是截止的，可以通過k = Ml/M2>l設定Vbe(QN2)>Vbe(QNl)，其中M1、M2是QNl和QN2的并聯(lián) 個數(shù)。
[0042] 1、運用轉(zhuǎn)換電路把采樣后的電流轉(zhuǎn)化一個快速變化的電壓信號輸出給比較器。
[0043] 2、運用增益調(diào)整電路對比較器輸入電壓的范圍進行了限制，并且在達到限流值前 后，通過調(diào)節(jié)比較器的偏置電流改變了比較器的靈敏度，從而有效的避免了正反饋的發(fā)生。
[0044] 2、增益調(diào)整電路
[0045] 增益調(diào)整電路如圖4所示，其中13、14和15為偏置電流;Vth是比較器的門限電壓， 由基準電路提供。
[0046] 由圖4可知：
[0047] VB = Vc-Vbe(QN4) (1)
[0048] Vdc< RiI3 (2)
[0049] VDC最大不超過三極管QN3集電極的最大正向?qū)妷?，最大正向?qū)妷杭s為 0.7V。所以：
[0050] VDc<min(Ril3,0.7V) (3)
[0051] VD = VTH+Vbe(QN3) (4)
[0052] Vbe(QN4) * Vbe(QN3) (5)
[0053] 由（D一（5)可得：
[0054] Vb 2 VTH+Vbe(QN3廣l3Rl~Vbe(QN4) * Vt『I3Ri綜上可得：
[0055] Vb >min(VTH-I3Ri,Vth-0.7V) (6)
[0056] 同理對于B、E、F點的電壓分析可得：
[0057] Vb < min(VTH+l5R2, Vth+0.7V) (7)
[0058] 由（6) (7)式可得： (8)
[0060]由（8)式可知，通過設置中的Rl和R2可限制VB的范圍，限制的最大范圍為Vth土 0.7V〇
[0061 ]在功率MOS管的電流達到限流值后，隨著B點電位的迅速降低，Vbe(QM)迅速增加， Ib(QN4)隨之增加很多。而：
[0062] Vc = Vce(QN3)+VTH (9)
[0063] QN3處在飽和狀態(tài)，Vce(QN3)幾 乎不變，因此C點電位不變，又根據(jù)(4)式可知D點電位 不變，由此Ic(QN3)和IRl不變。
[0064] 又由圖4可知：
[0065] Ic= Ib(QN4) + Ic(QN3)~lRl (10)
[0066] 因此Ic的變化主要由Ib(QN4)決定。由前面分析可知在功率MOS管的電流達到限流值 后Ib(QN 4)增加，Ic也隨之增加。在限流電路中，1。通過電流鏡輸出給比較器，作為比較器的偏 置電流。比較器的增益與偏置電流成反比（AVal/IDl/2，ID為比較器的偏置電流）。限流電 路檢測到功率MOS管中的電流超過限流值，B點電位低于比較器門限電壓Vth(比較器翻轉(zhuǎn)） 后，I。增加，比較器偏置電流隨之增加，比較器增益降低，靈敏度隨之減小，比較器抗干擾能 力增加，從而避免正反饋發(fā)生。
[0067] 為了降低因為QPl的發(fā)射極從基準模塊抽取電流引起的對基準模塊的影響，QP2和 QN5采用達林頓結構。采用達林頓結構可以減小QP2的基極電流，從而QPl的集電極電流減 小，QPl發(fā)射極的電流隨之減少，降低了 QPl的發(fā)射極從基準中抽取的電流。電流源I4作用是 降低0P2的集電極電壓使QP2工作在放大區(qū)，確保等效PNP管能夠正常工作。
[0068] 2仿真結果與分析
[0069] 在0.6μπι BiCMOS工藝下采用Hspice軟件對電路進行仿真驗證，溫度為25°C，電源 電壓為3.3V，比較器門限電壓VTH=1.25V。
[0070]仿真結果如圖5和圖6所示。
[0071]圖5是Ic、Va、Vb隨采樣電流Isamp的變化波形圖。
[0072]由圖5可知，該電路能夠把緩慢變化的A點電壓信號在B點轉(zhuǎn)換為快速變化的電壓 信號。在達到限流值時，B點電壓隨采樣電流的變化率約為1.85V/mA。限流電路在檢測到功 率MOS管的電流達到限流值，比較器輸出信號翻轉(zhuǎn)后，IC增加。根據(jù)實際需要，比較器的偏置 電流的變化幅度可以通過改變電流鏡中MOS的寬長比進行調(diào)節(jié)。
[0073]仿真可知通過設置Rl和R2能夠準確限制Vb的電壓范圍，使比較器工作在小信號模 式。當Vb比較器工作在大信號模式時延時為5.3ns，而當Vb受限制比較器工作在小信號模式 時傳輸延時僅2.6ns。
[0074] 圖6功率MOS管中的電流(限流值為250mA)
[0075] 由圖6可知，限流值為250mA時，在振蕩器的一個周期（Ius)內(nèi)，該電路能夠準確限 流且能有效避免正反饋的發(fā)生。
[0076] 上述實用新型所使用的軟件程序為本領域技術人員所熟知的。
[0077]在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表 述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在 任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0078]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解： 在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1. 一種用于BOOST芯片的新型限流電路，其特征在于，包括:采樣電流端連接電流電壓 轉(zhuǎn)換電路輸入端，電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端分別連接比較器正極和增益調(diào)整電路輸入端， 增益調(diào)整電路偏置電流輸出端連接比較器電流輸入端，門限電壓輸出端分別連接比較器負 極輸入端和增益調(diào)整電路輸入端。2. 根據(jù)權利要求1所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，其特征在于，所述電流電壓 轉(zhuǎn)換電路包括： 第一偏置電流輸入端分別連接第一 NPN三極管集電極和基極，第一 NPN三極管發(fā)射極分 別連接采樣電流輸入端和采樣電阻一端，采樣電阻另一端接地，第二偏置電流輸入端分別 連接飽和電阻一端和比較器正極，飽和電阻另一端連接第二NPN三極管集電極，第二NPN三 極管基極連接第一三極管基極，第二NPN三極管發(fā)射極接地。3. 根據(jù)權利要求1所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，其特征在于，所述增益調(diào)整 電路包括： 比較器正極分別連接第二PNP三極管發(fā)射極和第五NPN三極管集電極，第五NPN三極管 發(fā)射極連接第四電阻一端，第四電阻另一端分別連接第四偏置電流輸出端和接地，第二PNP 三極管集電極分別連接第五NPN三極管基極和第四偏置電流輸出端，第二PNP三極管基極分 別連接第二電阻一端和第一 PNP三極管集電極，第二電阻另一端分別連接第五偏置電流輸 出端和第一 PNP三極管基極，第一 PNP三極管發(fā)射極分別連接門限電壓端和第三NPN三極管 發(fā)射極，第三NPN三極管集電極分別連接第一電阻一端和第四NPN三極管基極，第一電阻另 一端分別連接第三偏置電流輸入端和第三NPN三極管基極，第四NPN三極管發(fā)射極連接比較 器正極，第四NPN三極管集電極連接第三電阻一端，第三電阻另一端連接第三偏置電流輸入 端。4. 根據(jù)權利要求3所述的用于BOOST芯片的新型限流電路，其特征在于，所述第二PNP三 極管和第五NPN三極管采用達林頓結構。
【文檔編號】H02H9/04GK205544229SQ201620273849
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】劉小洋, 嚴飛華
【申請人】重慶理工大學